RU2660422C1 - Способ фокусировки оптики аппаратурных каналов с поэлементным формированием информационного поля - Google Patents
Способ фокусировки оптики аппаратурных каналов с поэлементным формированием информационного поля Download PDFInfo
- Publication number
- RU2660422C1 RU2660422C1 RU2017127603A RU2017127603A RU2660422C1 RU 2660422 C1 RU2660422 C1 RU 2660422C1 RU 2017127603 A RU2017127603 A RU 2017127603A RU 2017127603 A RU2017127603 A RU 2017127603A RU 2660422 C1 RU2660422 C1 RU 2660422C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- lens
- maximum
- optics
- signal
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims abstract 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 18
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 claims 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 241000566515 Nedra Species 0.000 description 1
- 241001183403 Sisymbrium orientale Species 0.000 description 1
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 1
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F41—WEAPONS
- F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
- F41G7/00—Direction control systems for self-propelled missiles
- F41G7/20—Direction control systems for self-propelled missiles based on continuous observation of target position
- F41G7/24—Beam riding guidance systems
- F41G7/26—Optical guidance systems
- F41G7/263—Means for producing guidance beams
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
- Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области оптики и может быть использовано для наведения высокоточного, в частности противотанкового оружия. Способ фокусировки оптики аппаратурных каналов с поэлементным формированием информационного поля включает взаимную установку лазера и объектива на расстоянии, при котором обеспечивается максимальный запас по сигналу, при этом лазер и объектив устанавливают в области отрицательной расфокусировки на расстоянии, обеспечивающем максимальное для всех возможных величин расфокусировки значение амплитуды огибающей сигнальных импульсов в точке, удаленной от максимума огибающей сигнальных импульсов на длительность элементарной сигнальной посылки. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости и эффективности системы наведения. 3 ил.
Description
Изобретение относится к области систем наведения высокоточного, в частности противотанкового, оружия.
К настоящему времени передовыми признаны два типа систем наведения - с самонаведением («Джевелин» - США, «Спайк» - США, Израиль) и с телеориентированием ракеты в луче инжекционного лазера («Корнет» - Россия). Оба названных типа систем обеспечивают поражение танка с высокой вероятностью первым выстрелом.
Преимуществом самонаведения является реализация принципа «выстрелил - забыл» и вследствие этого повышенная выживаемость носителя. Недостатком при этом является чрезвычайно высокая стоимость выстрела (около $250 тыс. против $20 тыс. для комплексов типа «Корнет»). Поэтому комплексы на основе телеориентирования типа «Корнет» имеют хорошую перспективу как массовое высокоточное оружие. Настоящее предложение направлено на совершенствование аппаратуры наведения этого типа комплексов.
Комплексы типа «Корнет» являются полуавтоматическими, их наземная, т.е. расположенная на носителе, аппаратура содержит визир и излучатель (передатчик). Визир служит для обнаружения цели, наложения на нее и удержания прицельной марки. Излучатель служит для формирования оптических сигналов. Сигналы принимаются бортовой (расположенной на ракете) аппаратурой и используются для выработки команд, выводящих ракету на оптическую ось.
Для выработки сигналов, управляющих ракетой, в комплексах типа «Корнет» используется метод телеориентирования, т.е. ориентации ракеты в оптическом поле, формируемом наземной аппаратурой.
При этом для формирования упомянутого оптического поля используется поэлементный метод. Он заключается в том, что полезная, т.е. позволяющая по принятым ракетой сигналам определить координаты ракеты по осям ОХ и ОУ относительно оси прицеливания, информация формируется при помощи импульсного лазера, входящего в состав передатчика. Тело свечения лазера имеет вид полоски длиной 200-400 мкм и шириной около 2 мкм. Излучение лазера, работающего в режиме коротких импульсов длительностью около 100 нс, излучаемых со средней частотой следования 25 кГц, сформировано объективом в полоску - веерообразный луч. Полоска совершает колебательные движения по оси, перпендикулярной ее длинной стороне. Пусть полоска для определенности будет горизонтальной, тогда ее колебания производятся по вертикали.
Второй луч по геометрии и параметрам модуляции аналогичен первому, но формируемая им полоска вертикальна, а колебания (сканирование) осуществляются по горизонтали, т.е. по оси ОХ.
Кодирование сигналов производится следующим образом. Излучение ведут парами («двойками») импульсов. Интервалы времени между импульсами в «двойке» фиксированы для каждой из координат и являются для бортовой аппаратуры признаком принадлежности принятого сигнала той или иной оси координат. Длительность интервала времени между двойками изменяют в процессе движения луча таким образом, что каждой точке картинной плоскости в окрестности оптической оси соответствуют значения параметров модуляции (длительности между «двойками»), однозначно определяющие линейные координаты точки приема, т.е. центра приемной аппаратуры ракеты, относительно центра картинной плоскости и, таким образом, относительно оптической оси. Бортовая аппаратура ракеты принимает сигналы наземной аппаратуры, которые вследствие сканирования лучей по полю зрения являются пачками «двоек» с огибающей колоколообразной формы, разделяет сигналы по осям координат по значениям интервалов времени между импульсами в «двойках», определяет длительности интервалов времени между последовательно следующими «двойками». Затем по длительности интервала времени между двумя «двойками», наиболее близкими по времени к максимуму огибающей, бортовая аппаратура определяет координаты ракеты и вырабатывает команды, приводящие ракету на оптическую ось. Способ формирования сигналов и устройство для его осуществления защищены патентами [1, 2].
Необходимой процедурой настройки наземной аппаратуры является фокусировка оптики излучателя (передатчика) аппаратурного канала, т.е. установка требуемого расстояния вдоль оптической оси между объективом и телом свечения лазера.
Качество фокусировки оптики в значительной степени определяет важный параметр системы наведения - ее энергетический потенциал (запас по сигналу) - максимально допустимое ослабление сигнала средой распространения луча, при котором аппаратура функционирует нормально, т.е. с заданным значением показателей качества, в частности точностью измерения координат. Чем выше энергетический потенциал аппаратурного канала, тем шире диапазон условий, в которых может функционировать система наведения.
Из уровня техники известен способ фокусировки оптики, применяемый, например, в фотографических приборах: пленку или светочувствительную матрицу устанавливают в положение, при котором обеспечивается максимальная резкость изображения (минимальный размер изображения точки). Применительно к лазерному передатчику это означает, что тело свечения лазера устанавливают с наивысшей достижимой точностью в положение, при котором обеспечивается минимальная расходимость луча. В литературе [3] описаны разные методы фокусировки (установки на «бесконечность») оптики, например, объективов коллиматоров. С помощью этих методов сетка (в случае наблюдательных приборов) или тело свечения лазера (в случае фокусировки лазерного передатчика) устанавливаются с наибольшей возможной точностью в фокальную плоскость объектива. При этом достигается минимальная расходимость луча или минимальный размер изображения точки и, соответственно, максимально возможная концентрация энергии на оси луча. В качестве прототипа нами взят широко распространенный способ фокусировки ([4], стр. 10), заключающийся в том, что расстояние между объективом и фотопластинкой или телом свечения лазера выбирают из условия достижения минимального размера изображения точки или в случае фокусировки лазерного передатчика минимальной расходимости луча.
Недостатком прототипа и других известных методов фокусировки является то, что для аппаратуры с поэлементным методом формирования информационного поля описанный метод фокусировки не обеспечивает максимального значения основного показателя качества - энергетического потенциала. Данный недостаток вызван тем, что при поэлементном методе формирования информационного поля для измерения каждого значения любой из двух координат необходимо принять и обработать не один импульс, а некоторую совокупность импульсов, т.е. сигнальную посылку, длительность которой существенно превышает длительность одиночного импульса. Так, для описанного выше способа кодирования для определения одного значения координаты необходимо измерить интервалы времени между импульсами в каждой «двойке», что позволяет определить наименование координаты (горизонт или вертикаль), а также измерить интервал времени между «двойками», непосредственно определяющий значение координаты. Таким образом, минимальный отрезок сигнала, в котором содержится информация о координате луча, т.е. элементарная сигнальная посылка ЭСП составляет две соседние «двойки»: Вследствие этого реальный энергетический потенциал определяется амплитудой минимального импульса в посылке из двух «двоек», ближайших по времени к моменту, соответствующему максимуму огибающей.
Решаемая настоящим предложением проблема заключается в поиске технического решения, обеспечивающего повышение энергетического потенциала аппаратурного канала.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение качества системы наведения, в частности расширение диапазона условий применения: система нормально функционирует при более сильных ослаблениях сигнала по сравнению с прототипом.
Данный технический результат достигается за счет предложенного метода фокусировки оптики излучателя, включающего взаимную установку лазера и объектива на оптической оси в области отрицательной расфокусировки на расстоянии, выбранном из условия обеспечения максимального значения амплитуды сигнальных импульсов в точке, удаленной от максимума огибающей сигнальных импульсов на длительность элементарной сигнальной посылки.
Из результатов выполненных авторами теоретических исследований и экспериментов следует, что при фокусировке оптики аппаратурного канала выбранного типа для достижения максимального энергетического потенциала и, следовательно, для устранения отмеченного недостатка расстояние между объективом и лазером следует выбрать таким, при котором обеспечивается максимальная для всех значений расфокусировки величина амплитуды огибающей не в точке максимума, а на удалении по временной оси от максимума огибающей, равном длительности ЭСП (при описанном выше способе кодирования - амплитуде четвертого импульса ЭСП). При этом, в отличие от прототипа, расфокусировка имеет ненулевое значение, а освещенность на оси луча не максимальна.
По знаку расфокусировку целесообразно взять отрицательной, т.е. такой, при которой лазер смещен к объективу относительно фокальной плоскости. При этом, в отличие от случая положительной расфокусировки, луч лазера на выходе из объектива имеет ненулевую положительную расходимость, т.е. расширяется. При этом, в отличие от положительной расфокусировки, в пространстве перед объективом передатчика отсутствует плоскость, в которой луч сфокусирован «идеально», а значит, для этой плоскости энергетический потенциал не максимален.
Сущность предложения поясняется чертежами, на которых схематически изображены эпюры сигналов, принимаемых бортовой аппаратурой или ее имитатором, используемым при разной степени расфокусировки оптики передатчика в процессе настройки. При проходе луча по полю зрения вдоль одной из осей координат, пусть для определенности это ось ОХ, сигнал представляет собой группу импульсов, которые изображены в виде толстых линий, нумерованных цифрами 1-10. Огибающая имеет колоколообразную форму и показана тонкой линией. Для упрощения чертежа и облегчения понимания принято, что максимум огибающей совпадает с моментом начала отсчета по времени (t=0), при этом на чертежах показана только правая половина пачки. Интервалы Тх между импульсами в паре («двойке) определяют принадлежность сигнала той или иной оси координат (в данном случае оси ОХ). Интервалы Тк между двойками определяют линейное отклонение оси луча на программной дальности (принято для определенности, что речь идет об отклонении по курсу) от нулевого положения по оси ОХ. Как отмечено выше, для определения координаты ракеты необходимо принять, как минимум, две двойки, поэтому элементарная сигнальная посылка (ЭСП) представлена на каждом рисунке в виде двух «двоек» (четыре толстые линии). Начало и конец ЭСП совпадают соответственно с первым и четвертым импульсами. Энергетический запас канала пропорционален амплитуде М4 четвертого импульса. На фигурах 1-3 схематически изображены сигналы, принимаемые бортовой аппаратурой при разной степени расфокусировки:
фиг. 1 - Идеальная, т.е. соответствующая способу, выбранному в качестве прототипа, фокусировка. Лазер установлен в фокальной плоскости объектива, расфокусировка Δ равна нулю, энергетический потенциал, определяемый амплитудой четвертого импульса М4, снижен по сравнению с максимальным, соответствующим оптимальной расфокусировке значением;
фиг. 2 - Оптимальная, т.е. предлагаемая фокусировка. Лазер установлен на расстоянии от объектива, обеспечивающем максимальную амплитуду четвертого импульса, величина расфокусировки оптимальна (Δ=Δопт), М4 имеет максимальное значение из возможных при разных расфокусировках);
фиг. 3 - Чрезмерная, превышающая оптимальную расфокусировка, значение Δ превышает Δопт, энергетический потенциал, определяемый амплитудой М4, снижен по сравнению с максимальным, соответствующим оптимальной расфокусировке значением.
Заявленный способ осуществляется следующим образом. Лазерный передатчик устанавливают на оптической скамье перед высококачественным объективом, например объективом из комплекта оптической скамьи ОСК-2. В фокальной плоскости этого объектива располагают диафрагму, имитирующую входной зрачок бортовой аппаратуры. За диафрагмой располагают фотоприемник, сигналы которого наблюдают на экране осциллографа. Включают передатчик и, перемещая его объектив вдоль оптической оси, добиваются минимальной ширины пачки. Затем, контролируя амплитуду четвертого импульса, перемещают объектив передатчика в направлении лазера, вводя таким образом отрицательную расфокусировку, находят положение, при котором амплитуда импульса, совпадающего с концом элементарной сигнальной посылки, т.е. четвертого импульса, отсчитываемого от максимума огибающей, имела максимальное значение, после чего закрепляют объектив.
Литература
1. Патент №2100745, «Способ формирования оптического поля для телеориентирования управляемых объектов и устройство для его осуществления.
2. Патент №2123166, «Устройство для формирования оптического поля для телеориентирования управляемых объектов».
3. Афанасьев В.А. Оптические измерения. - М., Недра, 1968, стр. 131, абз. 4.
4. Шульман М.Я. Автоматическая фокусировка оптических систем. - Л., Машиностроение. Ленингр. отделение, 1990. - 224 с.: ил. ISBN 5-217-00920-9.
Claims (1)
- Способ фокусировки оптики излучателей аппаратурных каналов с поэлементным формированием информационного поля, включающий взаимную установку лазера и объектива на оптической оси, отличающийся тем, что лазер и объектив устанавливают в области отрицательной расфокусировки на расстоянии, выбранном из условия обеспечения максимального значения амплитуды сигнальных импульсов в точке, удаленной по времени от максимума огибающей сигнальных импульсов на длительность элементарной сигнальной посылки.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017127603A RU2660422C1 (ru) | 2017-08-01 | 2017-08-01 | Способ фокусировки оптики аппаратурных каналов с поэлементным формированием информационного поля |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017127603A RU2660422C1 (ru) | 2017-08-01 | 2017-08-01 | Способ фокусировки оптики аппаратурных каналов с поэлементным формированием информационного поля |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2660422C1 true RU2660422C1 (ru) | 2018-07-06 |
Family
ID=62815970
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017127603A RU2660422C1 (ru) | 2017-08-01 | 2017-08-01 | Способ фокусировки оптики аппаратурных каналов с поэлементным формированием информационного поля |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2660422C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2260763C2 (ru) * | 2003-12-02 | 2005-09-20 | Государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро приборостроения" | Оптический прицел системы наведения управляемого снаряда |
RU2326324C1 (ru) * | 2006-08-09 | 2008-06-10 | Государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро приборостроения" | Устройство для формирования оптического поля для телеориентирования управляемых объектов |
RU2372576C2 (ru) * | 2006-04-20 | 2009-11-10 | Открытое Акционерное Общество "Пеленг" | Система преобразования лазерного излучения приборов наведения |
EP2491332B1 (en) * | 2009-10-21 | 2017-03-15 | Raytheon Company | Projectile guidance system including a compact semi-active laser seeker with immersed filter stack and field lens |
-
2017
- 2017-08-01 RU RU2017127603A patent/RU2660422C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2260763C2 (ru) * | 2003-12-02 | 2005-09-20 | Государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро приборостроения" | Оптический прицел системы наведения управляемого снаряда |
RU2372576C2 (ru) * | 2006-04-20 | 2009-11-10 | Открытое Акционерное Общество "Пеленг" | Система преобразования лазерного излучения приборов наведения |
RU2326324C1 (ru) * | 2006-08-09 | 2008-06-10 | Государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро приборостроения" | Устройство для формирования оптического поля для телеориентирования управляемых объектов |
EP2491332B1 (en) * | 2009-10-21 | 2017-03-15 | Raytheon Company | Projectile guidance system including a compact semi-active laser seeker with immersed filter stack and field lens |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7064817B1 (en) | Method to determine and adjust the alignment of the transmitter and receiver fields of view of a LIDAR system | |
US3398918A (en) | Optical system for guiding a projectile | |
US4902128A (en) | Apparatus for harmonizing a plurality of optical/optronic axis of sighting apparatus to a common axis | |
CN108693516B (zh) | 一种快速测量激光测距系统性能的装置及方法 | |
US4737106A (en) | Weapon training systems | |
US11204424B2 (en) | Method for capturing a 3D scene by means of a LIDAR system and a LIDAR system for this purpose | |
US4676455A (en) | Guide beam and tracking system | |
US20070158493A1 (en) | Fire control system using a lidar (laser identification, detecting and ranging) unit | |
CN108931783B (zh) | 一种高精度测量激光测距系统性能的装置及方法 | |
EP1515162B1 (en) | Device for detecting optical and optoelectronic objects | |
EP3205972A1 (en) | Metasurface optics for dual-mode seeker | |
RU2526230C1 (ru) | Прибор наблюдения-прицел со встроенным импульсным лазерным дальномером | |
RU2382315C1 (ru) | Система наведения управляемого снаряда | |
CN106646500A (zh) | 一种自适应闭环调整激光测距方法及装置 | |
RU2660422C1 (ru) | Способ фокусировки оптики аппаратурных каналов с поэлементным формированием информационного поля | |
CN108549159B (zh) | 一种用于机载激光照测器的光学系统 | |
CA2985406A1 (en) | Device for optically measuring the distance from a reflective target object | |
CN111174640B (zh) | 一种多目标同时指示的激光多目标指示设备 | |
US3977628A (en) | Tracking and/or guidance systems | |
US4179085A (en) | Optical boresight method for nutating system | |
CN103575166B (zh) | 反射式瞄准镜及枪械 | |
GB1405122A (en) | Sighting and tracking apparatus | |
RU2267734C2 (ru) | Лазерная система телеориентации | |
US11448761B2 (en) | Device for acquiring data on a target, platform and method therefor | |
RU2784602C1 (ru) | Способ формирования и наведения лазерного излучения излучателей с оптоволоконными выводами на цель |